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Dose dependency of fermentation and the extent of renal excretion of Palatinit (Isomalt) in rats with respect to its energy value

Zur Dosisabhängigkeit der Fermentation und dem Ausmaß der renalen Ausscheidung von Palatinit (Isomalt) bei Ratten in Hinsicht auf seine energetische Bewertung

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Summary

The impact of dose-dependent caloric salvage by microbial fermentation processes in the lower gut and the extent of renal excretion for the overall energetic availability of the alternative bulk sweetener Palatinit were investigated in rats.

To evaluate the extent of dose-dependent fermentation a conventional and a germ-free rat model were used and fecal excretions of Palatinit after intragastric application were compared. Because of the lack of bacterial colonization in the gastrointestinal tract in germ-free rat the difference in fecal excretion of Palatinit between germ-free and conventional rat is mainly due to bacterial fermentation. To determine the amount of renal excretion of Palatinit the urine was collected.

The experiments were conducted using different amounts of Palatinit (300 and 1200 mg/kg body weight=mg/kg b.w.). Fecal excretions of Palatinit and its monomers (sorbitol and mannitol) were measured by high-performance liquid chromatography (HPLC) and for the determination of renal excretions a gas chromatography system was used.

After the application of 300 mg/kg b.w. Palatinit only the breakdown product sorbitol could be recovered in the feces of germ-free rats (29% of the applied dose). No intact Palatinit could be found. In contrast, neither Palatinit nor the breakdown products sorbitol or mannitol could be detected in the feces of conventional rats after application of the same dose. After the application of the higher dose only small amounts of intact Palatinit were found in the feces of germ-free rats (average 12%). There was no intact measurable Palatinit in the feces of conventional rats. The fecal excretions of sorbitol and mannitol in the feces of the germ-free rats were 55% and 39%; in conventional rats only 21% sorbitol was excreted.

Only traces of Palatinit, sorbitol or mannitol were found in the urine of conventional and germ-free rats after application of the low as well as the high dose.

In conclusion, this study clearly shows the dose dependency of fermentation and therefore the dose dependency of the energetic (i.e., caloric) availability of this disaccharide sugar alcohol. In the calculation of the energy value of Palatinit the renal excretion of Palatinit and its monomers can be neglected.

Zusammenfassung

Bei Ratten wurde die Dosisabhängigkeit der kalorischen Nutzung durch mikrobielle Fermentationsprozesse im Dickdarm sowie das Ausmaß der renalen Ausscheidung des Zuckeraustauschstoffes Palatinit in Hinsicht auf seine energetische Bewertung untersucht.

Anhand eines konventionellen und eines keimfreien Rattenmodells wurde das Ausmaß der Dosisabhängigkeit der Fermentation bewertet. Hierbei wurden die Ausscheidungen vom Palatinit in den Faeces nach intragastraler Applikation verglichen. Da bei keimfreien Ratten jegliche bakterielle Besiedlung des Gastrointestinaltraktes fehlt, stellt die Differenz der Ausscheidung von Palatinit in den Faeces den Umfang der bakteriellen Fermentation dar. Während der Versuchsperiode wurde der Urin der Ratten gesammelt, um die renale Ausscheidung des Palatinit zu bestimmen.

Die Experimente wurden mit zwei unterschiedlichen Palatinitdosierungen durchgeführt (300 und 1200 mg/kg Körpergewicht = mg/kg KG). Die Ausscheidung von Palatinit in den Faeces wurde mittels eines HPLC (high-performance liquid chromatography) Systems bestimmt. Das Ausmaß der Ausscheidung von Palatinit über die Niere wurde mittels Gaschromatografie gemessen.

Nach der Verabreichung von 300 mg/kg KG Palatinit konnte nur das Abbauprodukt Sorbit in den Faeces keimfreier Ratten nachgewiesen werden (29% der verabreichten Gesamtdosis). Intaktes Palatinit war nicht meßbar. Im Gegensatz dazu konnten nach Verabreichung derselben Dosis an konventionellen Ratten weder Palatinit noch die Abbauprodukte Sorbit und Mannit in den Faeces nachgewiesen werden. Nach Applikation der größeren Dosis wurden nur kleine Mengen Palatinit in den Faeces keimfreier Ratten gefunden (durchschnittlich 12%). Wiederum war in den Faeces konventioneller Ratten kein intaktes Palatinit messbar. Die Ausscheidung von Sorbit und Mannit betrug bei den keimfreien Ratten 55% sowie 39%, bei den konventionellen Ratten wurden nur noch 21% der verabreichten Sorbitmenge ausgeschieden.

Im Urin von konventionellen und keimfreien Ratten waren nur noch Spuren von Palatinit, Sorbit und Mannit nachweisbar unabhängig von der applizierten Palatinitdosis.

Zusammenfassend zeigt diese Studie deutlich die Dosisabhängigkeit der Fermentation und folglich die Dosisabhängigkeit der energetischen bzw. kalorischen Nutzung dieses Disaccharidalkohols. Bei der Berechnung des Energiegehalts von Palatinit ist dessen Ausscheidung über die Nieren zu vernachlässigen.

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Body weight

GPM:

α-D-glucopyranosyl-1,6 mannitol

GPS:

α-D-glucopyranosyl-1,6 sorbitol

I.D.:

Internal diameter

MSTFA:

N-methyl-N-trimethylsilyltrifluor-acetamide

SCFA:

Short-chain fatty acids

SD:

Standard deviation

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Authors and Affiliations

  1. Abt. Gastroenterologie, Universitätsklinikum Essen, Germany

    H. Herfarth

  2. Abt. Ernährungsmedizin, Max von Pettenkofer-Institut des Bundesgesundheitsamtes Berlin, Germany

    L. Klingebiel & R. Grossklaus

  3. Zentrale Tierlaboratorien der Freien Universität Berlin, Germany

    N. C. Juhr

Authors
  1. H. Herfarth
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  2. L. Klingebiel
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  3. N. C. Juhr
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  4. R. Grossklaus
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Herfarth, H., Klingebiel, L., Juhr, N.C. et al. Dose dependency of fermentation and the extent of renal excretion of Palatinit (Isomalt) in rats with respect to its energy value. Z Ernährungswiss 33, 185–194 (1994). https://doi.org/10.1007/BF01610784

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